Битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения
Изобретение относится к материалам, используемым при строительстве дорог, а именно к битумным вяжущим для дорожного покрытия и способам его получения. Битумное вяжущее для дорожного покрытия содержит, мас.%: битум 44,4-98,0, блоксополимеры алкадиена и стирола 0,1-22,3, масло индустриальное 1,9-33,3, причем смешение индустриального масла с блоксополимером осуществлено при температуре 80-160°С до введения в битум. Способ получения битумного вяжущего включает смешивание блоксополимера при температуре 80-160°С с маслом индустриальным, после чего полученную смесь вводят при 110-160°с в битум. Изобретение позволяет обеспечить полную однородность вяжущего, исключить взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении вяжущего, повысить теплостойкость, эластичность и трещиностойкость, увеличении срока службы покрытий в 1,5-2 раза. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 табл.
Заявляемое изобретение касается дорожного строительства, а конкретнее изобретение относится к материалам, используемым при строительстве дорог, а еще конкретнее к битумным вяжущим для дорожного покрытия и способу его получения.
Изобретение найдет применение при строительстве промышленных и гражданских сооружений, а именно строительстве кровель, гидроизоляций, герметиков.
Битум и дегти являются традиционно основным вяжущим материалом при строительстве (устройстве) верхнего слоя автострад, мостов, аэродромов. Однако для улучшения их физико-механических свойств, а именно расширения температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, выполняемого с помощью такого материала, понижения хрупкости, то есть увеличения трещиностойкости и повышения эластичности, битум используют в сочетании с модифицирующими добавками, наполнителями.
В качестве модифицирующих добавок успешно используют, в частности, высокомолекулярные соединения, обеспечивающие способность битума к высокоэластическим деформациям.
Известно битумное вяжущее, содержащее 1-10 мас. ч. смеси блоксополимеров и 100 мас. ч. битума с пенетрацией 30-130. При этом смесь блоксополимеров содержит от 30 до 94 мас.% блоксополимеров, содержащих по меньшей мере один блок из винилароматического углеводорода типа стирола (30-94 мас.%); по меньшей мере один блок 35-75 мас.%) в основном из бутадиена с содержанием винильных групп в бутадиеновой части от 15 до 55 мас.% и винилароматических углеводородов в количестве от 10 до 35 мас.%; и 5-70 мас.% блоксополимера с по меньшей мере одним блоком из винилароматического углеводорода типа стирола в количестве 10-35 мас.% и по меньшей мере одним блоком из изопрена. Названное битумное вяжущее имеет высокую термостойкость наряду с достаточно температурой размягчения, пенетрации, когезионной прочности (JP, А, 3-143961).
Известно также вяжущее для дорожных покрытий, содержащее 85-98 мас.% битума, 15-2 мас.% разветвленного или линейного бутидиенстирольного блоксополимера. Получают такую композицию смешением компонентов при температуре 200-250°С в течение 15-45 мин (ЕР, А, 0458386).
Кроме того, известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемое путем введения в битум при температуре 80-200°С и непрерывном перемешивании дивинилстирольных блок-сополимеров типа СБС, взятых в количестве 0,1-10% от массы битума в виде 5-25%-ного раствора в легких растворителях (SU, А, 272881).
Названные вяжущие имеют достаточно высокую прочность, эластичность, однако в том случае, когда в вяжущем отсутствует растворитель, не наблюдают хорошее совмещение полимера с битумом, т.е. структура вяжущего негомогенна, несмотря на то, процесс его получение осуществлялся при температуре 200-250°С. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин на дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°С.
Введение в битум полимера в виде раствора позволяет ускорить процесс получения вяжущего, понизить температурный режим процесса получения, обеспечивая образование однородной структуры, требуемую трещиностойкость вяжущего. Однако использование легких растворителей (ксилола, сольвета, керосина, дизтоплива) обуславливают взрыво- и пожароопасность процесса получения вяжущего, так как температура вспышки используемых растворителей и полученных вяжущих существенно ниже значения температуры осуществления процесса получения вяжущего и температуры применения последнего.
Кроме того, с применением указанных растворителей все же не удается добиться полной однородности вяжущего, что проявляется в неоднозначности показателя температуры хрупкости по Фраасу - наличие множества мелких трещин на пластине, покрытой слоем такого вяжущего, вместо одной глубокой трещины, наблюдаемой при нанесении на пластину только битума. Таким образом, неоднородность структуры вяжущего не позволяет нормировать трещиностойкость - важнейший эксплуатационный показатель вяжущего.
В основу заявляемого изобретения положена задача путем изменения состава целевого продукта создать высокооднородное битумное вяжущее, обладающее наряду с высокими физико-механическими свойствами показателем по взрыво- и пожароопасности, сопоставимым с аналогичным показателем битума.
Эта задача решается тем, что битумное вяжущее для дорожного покрытия, содержащее битум и блоксополимеры алкадиена и стирола типа САС, согласно заявляемому изобретению дополнительно содержит индустриальльное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.%:
| битум | 44,4-98,0 |
| блоксополимеры алкадиена | |
| и стирола | 0,1-22,3 |
| масло индустриальное | 1,9-33,3. |
Заявляемое битумное вяжущее имеет пластичность не менее 75%, регулируемую температуру хрупкости, что позволяет обеспечивать требуемую трещиностойкость дорожных покрытий в районах с любыми минимальными зимними температурами. Кроме того, заявляемое битумное вяжущее характеризуется температурой вспышки выше 220°С, что исключат взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении такого вяжущего.
Согласно заявляемому изобретению, целесообразно, чтобы в качестве блоксополимеров алкадиена и стирола битумное вяжущее содержало соединение, выбранное из группы, включающей блоксополимеры: бутадиена и стирола типа СБС, блоксополимеры изопрена и стирола типа СИС.
Согласно заявляемому изобретению, целесообразно, чтобы битумное вяжущие содержало в мас.%:
| битум | 85,5-81,5 |
| блоксополимер алкадиена | |
| и стирола | 2,5-3,5 |
| масло, индустриальное | 12,0-15,0, |
что позволяет успешно использовать такое вяжущее в Москве и Московской области, так как удовлетворяются требования по теплостойкости и трещиностойкости для данной климатической зоны.
Вариант выполнения заявляемого изобретения состоит в том, что битумное вяжущее содержит, мас.%:
| битум | 65-95 |
| блоксополимер алкадиена | |
| и стирола | 2-10 |
| масло индустриальное | 3-25 |
Вариант выполнения заявляемого изобретения состоит в том, что битумное вяжущее целесообразно получать способом, включающим введение при перемешивании в битум блоксополимеров алкадиена и стирола, при этом для повышения гомогенности целевого продукта, согласно изобретению до введения в битум названный блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас.%, смешивают при температуре 110-160°С с 1,9-33,3 мас.% масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при температуре 130-160°С в 44,4-98,0 мас.% битума.
Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания битумного вяжущего и способа его получения, а также конкретных примеров выполнения битумного вяжущего и осуществления способа его получения.
Заявляемое вяжущее для дорожного покрытия содержит прежде всего вязкий дорожный битум, одна из основных характеристик которого, выраженная значением глубины проникания иглы, составляет при температуре 25°С (40-300)×0,1 мм.
Содержание такого битума в заявляемом вяжущем находится в пределах от 44,4 до 98,0 мас.%.
Согласно изобретению, заявляемое битумное вяжущее в отличие от чистого битума способно обеспечить стойкость дорожных покрытий к повышенным динамическим нагрузкам на них благодаря тому, что оно, по существу, является эластомером, то есть материалом, способным к большим по величине обратимым деформациям. Превращение битума в эластомер обеспечивается введением в битум блоксополимеров алкадиена и стирола, а именно блоксополимеров бутадиена и стирола типа СБС и/или блок-сополимеров изопрена и стирола типа СИС. Названные термоэластопласты представляют собой материалы, обладающие в невулканизованном состоянии свойствами сшитых трехмерных структур (резин), а при нагревании до 100-150°С, обратимо превращающиеся в линейные полимеры, обладающие высокой вязкостью и способностью равномерно распределяться в битумах. Алкадиенстирольные термоэластопласты образуются в результате гомогенной каталитической полимеризации бутиллитием или другими литийорганическими соединениями и представляют собой блоксополимеры алкадиена и стирола с содержанием стирола 25-60%. Молекулярная масса таких термоэластопластов составляет 50.000-300.000. Содержание названных блок-сополимеров в предлагаемом вяжущем составляет от 0,1 до 22,3 мас.%.
Согласно заявляемому изобретению, третьим компонентом битумного вяжущего является масло индустриальное, групповой углеводородный состав одного из образцов которого представлен в таблице 1.
Масло индустриальное является тем компонентом вяжущего, которое обеспечивает его полную однородность, требуемую регулируемую трещиностойкость. При этом предлагаемое нами индустриальное масло позволяет сохранить температуру вспышки вяжущего на уровне выше 220°С, то есть на значении, характерном для битума, что исключает взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении вяжущего и, следовательно, не требует никаких специальных мер по технике безопасности на асфальтобетонных заводах, битумных базах где изготавливают подобное вяжущее.
Масло индустриальное содержится в заявляемом вяжущем в количестве от 1,9 до 33,3 мас.%.
В том случае, если содержание битума ниже указанного нами значение, то есть менее 44,4%, то согласно проведенным экспериментам резко ухудшаются технологические свойства вяжущего - повышается его вязкость при температуре 160°С, то есть при максимально возможной температуре применения вяжущего (при более высокой температуре резко интенсифицируется процесс старения битума).
В том случае, если содержание названных блок-сополимеров превышает 22,3 мас.%, затрудняется процесс распределения полимеров в получаемом вяжущем и желаемая однородность целевого продукта не обеспечивается.
В том случае, если масло индустриальное содержится в количестве, превышающем 33,3 мас.%, то вяжущее имеет недостаточную теплостойкость.
Согласно изобретению, целесообразно заявляемое битумное вяжущее получать следующим образом.
Названные блоксополимеры алкадиена и стирола (0,1-22,3 мас.%) смешивают при температуре 80-160°С с 1,9-33,3 мас.%. масла индустриального, после чего полученную смесь при интенсивном перемешиваний вводят при температуре 110-160°С в битум, взятый в количестве 44,4-98,0 мас.%.
Характеристики нескольких составов полученного битумного вяжущего по температуре размягчения, температурному интервалу работоспособности, температуре хрупкости приведены в таблицах 2, 3, 4 соответственно.
Подробные испытания вяжущих, приготовленных как с заявляемыми блоксополимерами, так и с другими блоксополимерами типа СБС (марок Финопрен фирмы "Петрофина" и Карифпекс фирмы "Шелл"), приведены в таблице 5.
Полученные данные свидетельствуют о том, что заявляемое вяжущее весьма существенно отличается в лучшую сторону от известных вяжущих по теплостойкости, эластичности и трещиностойкости и соответствуют по всем параметрам требованиям, предъявляемым к вяжущим.
Срок службы покрытий, полученных с применением такого вяжущего, увеличивается в 1,5-2 раза.
Пример 1
0,1 кг Блоксополимера бутадиена и стирола и виде крошки разменом 2-5 мм засыпают в емкость, содержащую 1,9 кг масла индустриального, нагретого до 80°С, и перемешивают до однородного состояния раствора.
Готовый полученный раствор подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 98 кг, нагретый до 160°С, и перемешивают смесь до однородности.
Образец полученного продукта подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты:
| температура размягчения по кольцу и шару | - 49°С |
| температура хрупкости по Фраасу | - минус 17°С |
| температура вспышки | - 245°С |
| эластичность при 25°С | - 75% |
| -"- при 0°С | - 70%. |
Пример 2
1,5 кг Масла индустриального подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 7,5 кг, нагретый до температуры 110°C, и осуществляют перемешивание названных компонентов до однородного состояния смеси. Затем в эту смесь вводят небольшими порциями 1,0 кг блоксополимера изопрена и стирола в виде крошки размером от 2 до 5 мм и перемешивают смесь до однородности. Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты:
| температура размягчения по кольцу и шару | - 81°С |
| температура хрупкости по Фраасу | - минус 32°С |
| температура вспышки | - 235°С |
| эластичность при 25°С | - 92% |
| при 0°С | - 85%. |
Пример 3
5 кг Блоксополимера бутадиена и стирола в виде крошки засыпают в емкость, содержащую 20 кг масла индустриального, нагретого до 160°С, и перемешивают до однородного состояния раствора.
Готовый полученный раствор подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 75 кг, нагретый до 110°C, и перемешивают смесь до однородности.
Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты:
| температура размягчения по кольцу и шару | - 73°С |
| температура хрупкости по Фраасу | - минус 36°С |
| температура вспышки | - 232°С |
| эластичность при 25°С | - 87% |
| при 0°С | - 80%. |
Пример 4
33,3 кг Масла индустриального подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 44,4 кг, нагретый до 160°С, и осуществляют перемешивание названных компонентов до однородного состояния смеси. Затем в эту смесь вводят небольшими порциями 22,3 кг блоксополимера будатиена и стирола в виде крошки размером от 2 до 5 мм и перемешивает смесь до однородности.
Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результата:
| температура размягчения по кольцу и шару | - 95°С |
| температура хрупкости по Фраасу | - минус 70°С |
| температура вспышки | - 220°С |
| эластичность при 25°С | - 97% |
| при 0°С | - 90%. |
1. Битумное вяжущее для дорожного покрытия, содержащее битум и блоксополимеры алкадиена и стирола, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит индустриальное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.%:
| Битум | 44,4-98,0 |
| Блоксополимеры алкадиена и стирола | 0,1-22,3 |
| Масло индустриальное | 1,9-33,3 |
причем смешение индустриального масла с названным блоксополимером осуществлено при температуре 80-160°С до введения в битум.
2. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве блоксополимеров алкадиена и стирола оно содержит соединение, выбранное из группы, включающей блоксополимеры бутадиена и стирола или блоксополимеры изопрена и стирола.
3. Битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, мас.%:
| Битум | 65-95 |
| Блоксополимер алкадиена и стирола | 2-10 |
| Масло индустриальное | 3-25 |
4. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, мас.%:
| Битум | 81,5-85,5 |
| Блоксополимер алкадиена и стирола | 2,5-3,5 |
| Масло индустриальное | 12-15 |
5. Способ получения битумного вяжущего, включающий введение при перемешивании в битум блоксополимера алкадиена и стирола, отличающийся тем, что до введения в битум названный блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас.% смешивают при 80-160°С с 1,9-33,3 мас.% масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при температуре 110-160°C в 44,4-98,0 мас.% битума.
